Η επίδραση των ισομορφών της γλυκόζης στο μεταβολισμό των καρκινικών κυττάρων

Abstract

Background: L-glucose is the mirror image isomer of D-glucose. L-glucose is a molecule that is rarely found in nature. Data from in vitro and in vivo studies examining the ability of cancer cell lines to take up L-glucose are scarce. Aim: The aim of this study was to examine the metabolism of L-glucose in five human cancer cell lines (pancreatic adenocarcinoma, triple negative breast cancer, breast cancer, human lung carcinoma, human hepatocellular carcinoma) and three human normal cell lines (dermal fibroblasts, lung fibroblasts, pancreatic cells). Methods: Cells were incubated with several concentrations of L-glucose and a standard concentration of D-glucose: control group without glucose, 27 mg/ml L-glucose, 27mg/ml L-glucose and 4.5mg/ml D-glucose, 18 mg/ml L-glucose, 18 mg/ml L-glucose and 4.5mg/ml D-glucose, 9 mg/ml L-glucose, 9 mg/ml L-glucose and 4.5mg/ml D-glucose, 4.5mg/ml L-glucose, 4.5mg/ml L-glucose and 4.5mg/ml D-glucose for 48 and 72 hours. Cell viability and proliferation levels were determined by measuring the MTT and the intracellular levels of ATP, respectively. PH levels were measured in the cell culture medium at 72 hours. At the highest L-glucose concentration, were also measured the levels in the 4 phases of the cell cycle, apoptosis and lactate acid. Moreover, confocal microscopy and two fluorescent probes (2-NBDG/D-glucose and 2-NBDLG/L-glucose) were used to investigate whether L-glucose is taken up by cancer and normal cells. Results: Cancer cell lines showed a significant increase in viability levels and in intracellular ATP levels after exposure to L-glucose when compared with the control group. Exposure of normal cells to L-glucose resulted in a significant decrease in viability levels and intracellular ATP levels when compared with the control group. Cancer lines had an increase in cell cycle phases after exposure to the higher L-glucose concentration compared to the control group, while apoptosis levels were lower compared to the control group. In addition, lactate acid levels increased after exposure to the higher L-glucose concentration compared to the control group. In the normal cells, no changes in cell cycle phases, apoptosis and lactate acid levels were observed after exposure to the higher L-glucose concentration compared to the control group. Moreover, 2–NBDLG/L-glucose was not taken up by normal cells, but only from cancer cells. Conclusions: L-glucose is taken up only by cancer cells and not by normal cells. L-glucose is not toxic. Further studies are needed to investigate whether using 2-NBDLG/L-glucose fluorescent probe that enters cancer cells could potentially be used as a marker in diagnostic imaging modalities.

Εισαγωγή: Στη φύση υπάρχουν δύο στερεοϊσομερή της γλυκόζης, κυρίως η D-γλυκόζη και ελάχιστα η L-γλυκόζη. Tα δεδομένα από τις in vitro και τις in vivo μελέτες που έχουν εξετάσει την ικανότητα των καρκινικών κυττάρων να προσλαμβάνουν την L-γλυκόζη είναι ελάχιστα. Σκοπός: Στόχος αυτής της μελέτης είναι να εξεταστεί η είσοδος και η χρησιμοποίηση της L-γλυκόζης σε πέντε ανθρώπινες καρκινικές κυτταρικές σειρές (παγκρεατικό αδενοκαρκίνωμα, δύο διαφορετικές σειρές καρκίνου του μαστού, καρκίνος του πνεύμονα, και ηπατοκυτταρικός καρκίνος) και σε τρείς ανθρώπινες μη καρκινικές κυτταρικές σειρές (ινοβλάστες του δέρματος, ινοβλάστες του πνεύμονα και παγκρεατικά κύτταρα).Υλικά και μέθοδοι: Μετρήθηκαν τα επίπεδα βιωσιμότητας και πολλαπλασιαστικής ικανότητας των κυττάρων με τη μέθοδο του MTT και του ATP αντίστοιχα στις 48 και στις 72 ώρες. Οι συγκεντρώσεις της γλυκόζης που χρησιμοποιήθηκαν ήταν: ομάδα ελέγχου χωρίς γλυκόζη, 27mg/ml L-γλυκόζη, 27mg/ml L-γλυκόζη και 4.5mg/ml D-γλυκόζη, 18mg/ml L-γλυκόζη, 18mg/ml L-γλυκόζη και 4.5mg/ml D-γλυκόζη, 9mg/ml L-γλυκόζη, 9mg/ml L-γλυκόζη και 4.5mg/ml D-γλυκόζη, 4.5mg/ml L-γλυκόζη, 4.5mg/ml L-γλυκόζη και 4.5mg/ml D-γλυκόζη. Μετρήθηκαν τα επίπεδα του pΗ στο θρεπτικό υλικό των κυττάρων στις 72 ώρες. Στη μεγαλύτερη συγκέντρωση της L-γλυκόζης μετρήθηκε το ποσοστό των κυττάρων στις τέσσερις φάσεις του κυτταρικού κύκλου, τα επίπεδα της απόπτωσης και του γαλακτικού οξέος. Τέλος, χρησιμοποιήθηκαν δύο φθορίζουσες χρωστικές συνδεδεμένες με τα δύο στερεοϊσομερή της γλυκόζης (2-NBDG/D-γλυκόζη, 2-NBDLG/L-γλυκόζη) για να μελετηθεί η είσοδός τους στα κύτταρα. Αποτελέσματα: Οι ανθρώπινες καρκινικές κυτταρικές σειρές έδειξαν σημαντική αύξηση στα επίπεδα βιωσιμότητας και στα επίπεδα του ενδοκυττάριου ATP μετά από την έκθεση στην L-γλυκόζη σε σύγκριση με την ομάδα ελέγχου. Κατά την έκθεση των μη καρκινικών κυττάρων στην L-γλυκόζη δεν παρατηρήθηκαν αλλαγές των επιπέδων βιωσιμότητας και των ενδοκυττάριων επιπέδων ΑΤΡ σε σύγκριση με την ομάδα ελέγχου. Τα επίπεδα του pΗ άλλαξαν στις καρκινικές σειρές στις συγκεντρώσεις της L-γλυκόζης ενώ στις μη καρκινικές σειρές δεν παρατηρήθηκε κάποια αλλαγή. Όλες οι καρκινικές σειρές είχαν αλλαγές στις φάσεις του κυτταρικού κύκλου μετά από την έκθεσή τους στην υψηλότερη συγκέντρωση της L-γλυκόζης σε σύγκριση με την ομάδα ελέγχου, ενώ τα επίπεδα της απόπτωσης ήταν χαμηλότερα σε σύγκριση με την ομάδα ελέγχου. Επιπλέον, τα επίπεδα του γαλακτικού οξέος είχαν αύξηση μετά από την έκθεσή τους στην υψηλότερη συγκέντρωση της L-γλυκόζης σε σύγκριση με την ομάδα ελέγχου. Στις μη καρκινικές σειρές δεν παρατηρήθηκαν αλλαγές στις φάσεις του κυτταρικού κύκλου, στην απόπτωση και στα επίπεδα του γαλακτικού οξέος μετά από την έκθεσή τους στην υψηλότερη συγκέντρωση της L-γλυκόζης σε σύγκριση με την ομάδα ελέγχου. Τέλος, η φθορίζουσα χρωστική συνδεδεμένη με την L-γλυκόζη δεν προσελήφθη από τα μη καρκινικά κύτταρα αλλά μόνο από τα καρκινικά κύτταρα. Συμπεράσματα: Η L-γλυκόζη προσλαμβάνεται και χρησιμοποιείται ως ενεργειακή πηγή μόνο από τα καρκινικά κύτταρα και όχι από τα μη καρκινικά κύτταρα. Η L-γλυκόζη δεν είναι τοξική στις συγκεντρώσεις που δοκιμάστηκαν στις καρκινικές και μη καρκινικές κυτταρικές σειρές. Απαιτούνται περαιτέρω μελέτες για να διερευνηθεί εάν η χρήση της φθορίζουσας χρωστικής συνδεδεμένης με την L-γλυκόζη που εισέρχεται στα καρκινικά κύτταρα θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ως δείκτης για διαγνωστική απεικόνιση κακοήθων όγκων.